聚乳酸的應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

聚乳酸的應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

自20世紀(jì)初以來，塑料逐漸發(fā)展成為一種廣泛應(yīng)用于所有領(lǐng)域的材料。然而,由于塑料的不可降解性,塑料的廣泛應(yīng)用,特別是塑料覆蓋物的使用和丟棄對我們的生態(tài)系統(tǒng)造成了嚴(yán)重威脅。此外,塑料主要來源于石油類不可再生資源,塑料的大量使用勢必引起嚴(yán)重的能源和人類生存危機(jī),因此,來源于可再生資源的生物降解塑料應(yīng)運(yùn)而生,其重要性不言而喻。生物降解塑料指的是塑料在使用后能夠在自然環(huán)境下逐漸降解,最終以小分子的形式進(jìn)入自然界。聚乳酸(PLA),是脂肪族中最典型的一種生物降解塑料,聚乳酸材料具有完全可降解性,在自然界中微生物的作用下能徹底分解成水和二氧化碳,因而對環(huán)境沒有危害,克服了化工塑料的最大弊病。另外,聚乳酸來源于可再生資源(例如玉米),所以可減少不可再生的石化產(chǎn)品的消耗,進(jìn)而緩解人類資源危機(jī)。聚乳酸不但具有一般高分子材料所具有的基本特性,而且應(yīng)用特性更為優(yōu)良,這使得聚乳酸極易改性以滿足各種需要。應(yīng)用面十分廣闊,涵蓋醫(yī)藥、人造骨骼、人造皮膚、手術(shù)骨釘、手術(shù)縫合線、包裝材料、日用塑料制品、紡織面料、農(nóng)用地膜、地毯、家用裝飾品等。聚乳酸已成為國內(nèi)的研究開發(fā)熱點(diǎn)目前研究降解塑料的主要國家有美國、德國、日本、中國等。國外許多發(fā)達(dá)國家在研究降解塑料方面投入了大量資金。目前能夠生產(chǎn)聚乳酸產(chǎn)品的只有美國的Cargill-Dow公司(2005年2月Dow化學(xué)公司退出股權(quán),更名為NatureWorks公司),美國Cargill公司和Dow化學(xué)公司在聚乳酸全生物降解塑料方面作出了突出的貢獻(xiàn)。Cargill-Dow聚合物公司于2001年11月在美國內(nèi)布拉斯加州Blair投產(chǎn)興建了年產(chǎn)14萬t聚乳酸裝置,這是迄今為止世界上最大的聚乳酸生產(chǎn)裝置。并將該產(chǎn)品應(yīng)用到包裝和紡織行業(yè),其性能已經(jīng)可以與石油生產(chǎn)的聚酯產(chǎn)品相媲美。他們的宗旨是進(jìn)行有關(guān)降解材料合成、加工工藝、降解試驗(yàn)、測試技術(shù)和方法標(biāo)準(zhǔn)體系的建立。這一實(shí)際效果大大地推動(dòng)了世界范圍的聚乳酸技術(shù)開發(fā)和應(yīng)用研究。聚乳酸已成為當(dāng)今世界范圍的研究開發(fā)熱點(diǎn)。日本通產(chǎn)省已將生物降解塑料作為繼金屬材料、無機(jī)材料、高分子材料之后的“第四類新材料”,并撥?？钪С稚锝到馑芰系拈_發(fā)。歐洲Bhre-Euran對生物降解塑料投資200萬美元,用于跨國研究和開發(fā),并計(jì)劃建立完善的降解評價(jià)體系。近年來,在發(fā)達(dá)國家中以全生物降解塑料的研究最為活躍。在日本,很多公司(如尤尼吉卡公司、鐘紡公司、三井化學(xué)公司)也都在進(jìn)行這方面的開發(fā),規(guī)模為幾千噸至幾萬噸,但主要致力于應(yīng)用市場的開發(fā);日本東麗公司已和CargillDow公司合作從事紡絲生產(chǎn)。國內(nèi)目前致力于聚乳酸大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化的企業(yè)有上海同杰良生物材料有限公司、浙江海政藥業(yè)公司等企業(yè)。其中上海同杰良生物材料有限公司承擔(dān)的聚乳酸項(xiàng)目列入2004年上海市首批“科教興市”重大科技產(chǎn)業(yè)化計(jì)劃項(xiàng)目。雖然目前國內(nèi)聚乳酸的應(yīng)用十分有限,產(chǎn)業(yè)化正處于萌芽狀態(tài)。但隨著國內(nèi)乳酸技術(shù)的提高和產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程的發(fā)展,聚乳酸研究技術(shù)的提高和信息交流的相互影響,國人關(guān)注和重視聚乳酸技術(shù)的研發(fā)熱情和投資熱情將會(huì)迅速提高,從玉米-乳酸-聚乳酸-各類生物降解產(chǎn)品,這一巨大的產(chǎn)業(yè)鏈將會(huì)在未來幾年中在我國形成。聚乳酸也將在這一發(fā)展過程中得到發(fā)展。聚乳酸產(chǎn)品的應(yīng)用聚乳酸產(chǎn)品的應(yīng)用面十分廣闊,根據(jù)不同用途可聚合成各種不同分子量的材料,分子量最高可達(dá)幾百萬。在現(xiàn)代生物醫(yī)藥行業(yè)中,藥物微粒緩釋膠囊、人造骨骼、人造皮膚、手術(shù)骨釘、手術(shù)縫合線等聚乳酸產(chǎn)品已得到廣泛應(yīng)用。除了在醫(yī)用領(lǐng)域的應(yīng)用外,聚乳酸產(chǎn)品的市場發(fā)展的主要方向是在日用高分子材料的應(yīng)用方面,只有當(dāng)聚乳酸應(yīng)用到這些價(jià)格低、產(chǎn)量大的領(lǐng)域,如包裝材料、日用塑料制品、一次性醫(yī)用耗品、紡織面料、農(nóng)用地膜、地毯、家用裝飾品等時(shí),才能發(fā)揮其環(huán)境友好材料的真正作用。廢棄物的產(chǎn)生量近年來中國包裝用塑料已超過400萬t。據(jù)有關(guān)部門預(yù)測,2005年中國塑料包裝材料需求量將達(dá)到500萬t,按其中30%為難以收集的一次性塑料包裝材料和制品計(jì)算,則廢棄物產(chǎn)生量達(dá)150萬t;另據(jù)統(tǒng)計(jì),我國每年消費(fèi)快餐盒大約60億只左右、方便面碗50億只。今后,我國的包裝垃圾將以每年3%～5%的速度遞增。其中廢棄物的5%～10%使用聚乳酸及共混產(chǎn)品,市場的需求量就有7.5萬～15萬t。聚乳液酸用于農(nóng)業(yè)膜的應(yīng)用中國可覆蓋地膜的面積為5億多畝,加上育苗缽、農(nóng)副產(chǎn)品保鮮材料等預(yù)計(jì)需求量將達(dá)到100萬t。聚乳液酸在日常藥物中的應(yīng)用在一次性日用雜品中一部分是難以收集或不宜回收利用的,預(yù)計(jì)其需求量達(dá)70萬t。聚乳液酸用于一次性醫(yī)療材料的應(yīng)用在一次性醫(yī)療材料中不宜回收利用的部分,預(yù)計(jì)其需求量達(dá)30萬t。人造骨骼、人造皮膚、手術(shù)骨釘和縫合預(yù)計(jì)其需求量達(dá)5萬～10萬t。plaa纖維連續(xù)生產(chǎn)線美國生產(chǎn)PLA的Cargill-Dow公司與日本鐘紡公司、日本尤吉卡公司、日本可樂麗公司等合作建成了PLA纖維連續(xù)生產(chǎn)線,紡絲方法和傳統(tǒng)的滌綸或錦綸類似,主要產(chǎn)品有長絲、短纖紗和混紡紗。預(yù)計(jì)在2005年我國的滌綸長絲的需求量將達(dá)到500萬t左右,假設(shè)PLA纖維取代滌綸長絲的1%,就有5萬t,如取代3%～5%就將達(dá)到15萬～25萬t。聚乳酸產(chǎn)業(yè)鏈的形成目前國內(nèi)已開始大力實(shí)施沙漠治理、荒山植樹種草、城市規(guī)劃以及各類護(hù)坡、固土工程等,一次性塑料制品的使用量將大增,這對PLA降解塑料來說也是一個(gè)良好的機(jī)遇。綜上所述,我國聚乳酸的潛在市場將達(dá)250萬t以上。聚乳酸不僅應(yīng)用在通用高分子材料領(lǐng)域(如包裝材料、紡織纖維等),而且還應(yīng)用在高值的醫(yī)用領(lǐng)域(如骨釘、手術(shù)縫合線、組織工程支架材料等)。如果將聚乳酸與其他低成本材料進(jìn)行共聚和共混則產(chǎn)品成本可進(jìn)一步下降,考慮到治理“白色污染”因素,在政府政策導(dǎo)向和相應(yīng)對環(huán)保產(chǎn)品的政策優(yōu)惠情況下,這一價(jià)格目前是能被市場所接受的。隨著聚乳酸產(chǎn)業(yè)化規(guī)模的擴(kuò)大和乳酸生產(chǎn)成本的進(jìn)一步下降,聚乳酸生產(chǎn)成本也會(huì)下降,并將逐步脫離政策保護(hù)而回歸市場價(jià)格。如果形成這一局面,本項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和環(huán)境效益將是顯而易見的。在經(jīng)濟(jì)效益方面,由于每年有幾十甚至上百萬噸的市場需求,這一產(chǎn)品將形成巨大的產(chǎn)業(yè)鏈,它將涉及到:農(nóng)業(yè)、糧食加工業(yè)、生物發(fā)酵、生物化工新材料、包裝材料、紡織纖維、日用塑料、農(nóng)用塑料、化工裝備等。在社會(huì)效益方面,我國是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國,玉米產(chǎn)量占世界產(chǎn)量的1/4左右,2002年的玉米產(chǎn)量達(dá)到1.1億t,2004年的玉米產(chǎn)量達(dá)到1.26億t,庫存量達(dá)到3305萬t,項(xiàng)目的實(shí)